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1、阴极保护基本原理大全 第一篇：阴极爱惜基本原理大全 阴极爱惜基本原理 阴极爱惜技术是电化学爱惜技术的一种，其原理是向被腐蚀金属结构物外表施加一个外加电流，被爱惜结构物成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避开或减弱腐蚀的发生。 金属电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时，电位负移，金属阳极氧化反应过电位a 减小，反应速度减小，因此金属腐蚀速度减小，称为阴极爱惜效应。利用阴极爱惜效应减轻金属设备腐蚀的防护方法叫做阴极爱惜 。 由外电路向金属通入电子，以供去极化剂还原反应所需，从而使金属氧化反应(失电子反应)受到抑制。当金属氧化反应速度降低到零时，金属外表只发生去极化剂阴极反应。 两种阴极爱
2、惜法 ：外加电流阴极爱惜和牺牲阳极爱惜。 1、牺牲阳极阴极爱惜是将电位更负的金属与被爱惜金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被爱惜金属上去，使整个被爱惜金属处于一个较负的相同的电位下。该方式简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰，广泛应用于爱惜小型电流一般小于1安培或处于低土壤电阻率环境下土壤电阻率小于100欧姆.米的金属结构。如，城市管网、小型储罐等。根据国内有关资料的报道，对于牺牲阳极的运用有很多失败的教训，认为牺牲阳极的运用寿命一般不会超过3年，最多5年。牺牲阳极阴极爱惜失败的主要缘由是阳极外表生成一层不导电的硬壳，限制了阳极的电流输出。产生该问题的主要缘由是阳极成份
3、达不到规范要求，其次是阳极所处位置土壤电阻率太高。因此，设计牺牲阳极阴极爱惜系统时，除了严格限制阳极成份外，确定要选择土壤电阻率低的阳极床位置。 2、外加电流阴极爱惜是通过外加直流电源以及帮助阳极，是给金属补充大量的电子，使被爱惜金属整体处于电子过剩的状态，使金属外表各点到达同一负电位，使被爱惜金属结构电位低于四周环境。该方式主要用于爱惜大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构，如：长输埋地管道，大型罐群等。 内容： 一、腐蚀电位或自然电位 每种金属浸在确定的介质中都有确定的电位，称之为该金属的腐蚀电位自然电位。腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易。腐蚀电位愈负愈简洁失去电子，我们称失去电子的部
4、位为阳极区，得到电子的部位为阴极区。阳极区由于失去电子如，铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤受到腐蚀而阴极区得到电子受到爱惜。 相对于饱和硫酸铜参比电极(CSE)，不同金属的在土壤中的腐蚀电位V 金 属 电位CSE 高纯镁 -1.75 镁合金(6%Al，3%Zn，0.15%Mn) -1.60 锌 -1.10 1 铝合金(5%Zn) -1.05 纯铝 -0.80 低碳钢(外表光亮) -0.50to-0.80 低碳钢(外表锈蚀) -0.20to-0.50 铸铁 -0.50 混凝土中的低碳钢 -0.20 铜 -0.20 在同一电解质中，不同的金属具有不同的腐蚀电位，如轮船船体是钢，推动器是青铜制成的
5、，铜的电位比钢高，所以电子从船体流向青铜推动器，船体受到腐蚀，青铜器得到爱惜。钢管的本体金属和焊缝金属由于成分不一样，两者的腐蚀电位差有时可达0.275V，埋入地下后，电位低的部位遭受腐蚀。新旧管道连接后，由于新管道腐蚀电位低，旧管道电位高，电子从新管道流向旧管道，新管道首先腐蚀。同一种金属接触不同的电解质溶液如土壤，或电解质的浓度、温度、气体压力、流速等条件不同，也会造成金属外表各点电位的不同。 二、参比电极 为了对各种金属的电极电位进行比较，必需有一个公共的参比电极。饱和硫酸铜参比电极电极，其电极电位具有良好的重复性和稳定性，构造简洁，在阴极爱惜领域中得到广泛接受。不同参比电极之间的电位比
6、较： 土壤中或浸水钢铁结构最小阴极爱惜电位V 被爱惜结构 相对于不同参比电极的电位 饱和硫酸铜 氯化银 锌 饱和甘汞 钢铁土壤或水中 -0.85 -0.75 0.25 -0.778 钢铁硫酸盐还原菌-0.95 -0.85 0.15 -0.878 三、阴极爱惜 阴极爱惜的原理是给金属补充大量的电子，使被爱惜金属整体处于电子过剩的状态，使金属外表各点到达同一负电位，金属原子不简洁失去电子而变成离子溶入溶液。有两种方法可以实现这一目的，即，牺牲阳极阴极爱惜和外加电流阴极爱惜。 1、牺牲阳极阴极爱惜是将电位更负的金属与被爱惜金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被爱惜金属上去，使整个被爱
7、惜金属处于一个较负的相同的电位下。该方式简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰，广泛应用于爱惜小型电流一般小于1安培或处于低土壤电阻率环境下土壤电阻率小于100欧姆.米的金属结构。如，城市管网、小型储罐等。根据国内有关资料的报道，对于牺牲阳极的运用有很多失败的教训，认为牺牲阳极的运用寿命一般不会超过3年，最多5年。牺牲阳极阴极爱惜失败的主要缘由是阳极外表生成一层不导电的硬壳，限制了阳极的电流输出。本人认为，产生该问题的主要缘由是阳极成份达不到规范要求，其次是阳极所处位置土壤电阻率太高。因此，设计牺牲阳极阴极爱惜系统时，除了严格限制阳极成份外，确定要选择土壤电阻率低的阳极床位置。 2、外加电
8、流阴极爱惜是通过外加直流电源以及帮助阳极，迫使电流从土壤中流向被爱惜金属，使被爱惜金属结构电位低于四周环境。该方式主要用于爱惜大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构，如：长输埋地管道，大型罐群等。 阴极爱惜的运行管理 内容： 一、阴极爱惜投入前的准备和验收 (一) 阴极爱惜投入前对被爱惜管道的检查 1、管道对地绝缘的检查 2 从阴极爱惜的原理介绍，已得知没有绝缘就没有爱惜。为了确保阴极爱惜的正常运行，在施加阴极爱惜电流前，必需确保管道的各项绝缘措施正确无误。应检查管道的绝缘法兰的绝缘性能是否正常；管道沿线布置的设施如阀门、抽水缸、闸井均应与土壤有良好的绝缘；管道与固定墩、跨越塔架、穿越套管处也
9、应有正确有效的绝缘处理措施。管道在地下不应与其它金属构筑物有“短接等故障。 管道外表防腐层应无漏敷点，全部施工时期引起的缺陷与损伤，均应在施工验收时运用DCVG检漏仪检测，修补后回填。 2、管道导电性检查 对被爱惜管道应具有连续的导电性能。 3、旧管道对地绝缘状态的检查，应按设计要求处理。对是否修补防腐涂层，解除接地故障(如防静电接地极等)，应根据技术经济条件比较确定。对管道导电性的检查，仍需按前述要求进行。 (二) 对阴极爱惜施工质量的验收 1、对阴极爱惜间内全部电气设备的安装是否符合电气设备安装规程的要求，各种接地设施是否完成，并符合图纸设计要求。 2、对阴极爱惜的站外设置的选材、施工是否
10、与设计一样。对通电点、测试桩、阳极地床、阳极引线的施工与连接应严格符合规范要求。尤其是阳极引线接正极，管道汇流点接负极，严禁电极接反。 3、图纸、设计资料齐全完备。 二、阴极爱惜投入运行 1、组织人员测定全线管道自然电位、土壤电阻率、各站阳极地床接地电阻。同时对管道环境有一个比较详尽的了解，这些资料均需分别记录整理，存档备用。 2、阴极爱惜站投入运行 依据直流电源(整流器、恒电位仪、蓄电池等)操作程序给管道送电，使电位保持在-1.30伏左右，待管道阴极极化一段时间(四小时以上)起先测试直流电源输出电流、电压、通电点电位、管道沿线爱惜电位、爱惜距离等。然后根据所测爱惜电位，调整通电点电位至规定值
11、，接着给管道送电使其完全极化(通常在24小时以上)。再重复第一次测试工作，并做好记录。若个别管段爱惜电位过低，则需再适当调整通电点电位至满意全线阴极爱惜电位指标为止。 3、爱惜电位的限制 各站通电点电位的限制数值，应能保证相邻两站间的管段爱惜电位到达-0.85伏，同时，各站通电点最负电位不允许超过规定数值。调整通电点电位时，管道上相邻阴极爱惜站间加强联系，保证各站通电点电位均衡。 4、当管道全线到达最小阴极爱惜电位指标后，投运操作完毕。各阴极爱惜站进入正常连续工作阶段。 三、阴极爱惜站的日常维护管理 1、阴极爱惜设施的日常维护 电气设备定期技术检查。电气设备的检查每周不得少于一次，有以下内容：
12、 1)检查各电气设备电路接触的牢固性，安装的正确性，个别元件是否有机械障碍。检查接接阴极爱惜站的电源导线，以及接至阳极地床、通电点的导线是否完好，接头是否牢固。 2)检查配电盘上熔断器的保险丝是否按规定接好，当沟通回路中的熔断器保险丝被烧毁时，应查明缘由刚好复原供电。 3)视察电气仪表，在专用的表格上记录输出电压、电流、通电点电位数值，与前次记录(或值班记录)比照是否有转变，若不相同，应查找缘由，实行相应措施，使管道全线到达阴极爱惜。 3 4)应定期检查工作接地和避雷器接地，并保证其接地电阻不大于10欧姆，在雷雨季节要留意防雷。 5)搞好站内设备的清洁卫生，留意保持室内枯燥，通电良好，防止仪器
13、过热。 2、恒电位仪的维护。 1)阴极爱惜恒电位仪一般都配置两台，互为备用，因此应按管理要求定时切换运用。改用备用的仪器时，应即时进行一次观测和修理。仪器修理过程中不得带电插、拔各插接件、印刷电路板等。 2)视察全部零件是否正常，元件有无腐蚀，脱焊、虚焊、损坏、各连接点是否牢靠，电路有无故障，各紧固件是否松动，熔断器是否完好，如有熔断，需查清缘由再更换。 3)清洁内部，除去外来物。 4)觉察仪器故障应刚好检修，并投入备用仪器，保证供电。每年要计算开机率。 全年小时数-全年停机小时数 开机率= 全年小时数 3、硫酸铜电极的维护。 1)运用定型产品或自制硫酸铜电极，其底部均要求做到渗而不漏，忌污染
14、。运用后应保持清洁，防止溶液大量漏失。 2)作为恒定电位仪信号源的埋地硫酸铜参比电极，在运用过程中需每周查看一次，刚好添加饱和硫酸铜溶液。严防冻结和干枯，影响仪器正常工作。 3)电极中的紫铜棒运用一段时间后，外表会粘附一层兰色污物，应定期擦洗洁净，露出铜的本色。配制饱和硫酸铜溶液必需运用纯净的硫酸铜和蒸馏水。 4、阳极地床的维护。 1)阳极架空线：每月检查一次线路是否完好，如电杆有无倾斜，瓷瓶、导线是否松动，阳极导线与地床的连接是否牢固，地床埋设标记是否完好等。觉察问题刚好整改。 2)阳极地床接地电阻每半年测试一次，接地电阻增大至影响恒电位仪不能供应管道所需爱惜电流时，应当更换阳极地床或进行修
15、理，以减小接地电阻。 5、测试桩的维护。 1)检查接线柱与大地绝缘状况，电阻值应大于100千欧，用万用表测量，若小于此值应检查接线柱与外套钢管有无接地，若有，则需更换或修理。 2)测试桩应每年定期刷漆和编号。 3)防止测试桩的破坏丢失，对沿线城乡居民及儿童作好疼惜国家财产的宣扬教化工作。 6、绝缘法兰的维护。 1)定期检测绝缘法兰两侧管地电位，若与原始记录有差异时，应对其性能好坏作鉴别。如有漏电状况应实行相应措施。 2)对有附属设备的绝缘法兰(如限流电阻、过压爱惜二极管、防雨护罩等)均应加强维护管理工作，保证完好。 3)保持绝缘法兰清洁、枯燥，定期刷漆。 7、阴极爱惜管理 1)每条阴极爱惜管道
16、，都应制符合本管道实际状况的阴极爱惜运行管理规定，使阴极爱惜的日常测试、限制、调整、修理等方面的工作均按此进行。 2)加强阴极爱惜的组织、领导。保持室内设备整齐，到达无故障、无缺陷、无锈蚀、无外来物。实现三图上墙，即线路走向图、爱惜电位曲线图、岗位责任制。 3)阴极爱惜站投产后，电气设备接线不得擅自改动，需要变更的应由主管部门作出方案，经批准后方能执行。 4 4)每日检查测量通电点电位，填写好运行日志，向生产调度部门汇报阴极爱惜站运行状况。 5)阴极爱惜站向管道输送电不得中断。停运一天以上须报主管部门备案。利用管道停电方法调整仪器，一次不得超过2小时，全年不超过30小时。保证全年98以上时间给
17、管道送电。 6)保持通电点电位在规定值，沿管道测定阴极爱惜电位，此种测量在阴极爱惜站运行初期每周一次，以后每两周或一月测量一次。并将爱惜电位测量记录造表、绘图上报主管部门。 7)每年在规定时间内测量管道沿线自然电位和土壤电阻率各一次。 8)检查和消退管道接地故障，使全线到达完全的阴极爱惜。 四、牺牲阳极的维护 管道牺牲阳极爱惜日常维护工作量不多，除按外加电流阴极爱惜的要求进行爱惜电位测量，测试桩维护保养，绝缘法兰检测，接地故障解除等工作外，建议每月测定各参数。据此分析管道爱惜状况。若阳极性能变坏，则需实行相应措施。 五、阴极爱惜系统常见故障的分析 1、爱惜管道绝缘不良，漏电故障的危害 在阴极爱
18、惜站投入运行，或牺牲阳极爱惜投产一段时间后，出现了在规定的通电点电位下，输出电流增大，管道爱惜距离却缩短的现象，或者在牺牲阳极系统中，牺牲阳极组的输出电流量增大，其值已超过管道的爱惜电流需要，但爱惜电位仍达不到规定指标的现象。发生上述状况的缘由，主要是被爱惜金属管道与未被爱惜的金属结构物“短路，这种现象称之为阴极爱惜管道漏电，或者叫做“接地故障。 接地故障，使得被爱惜管道的阴极爱惜电流流入非爱惜金属体，在两管道的“短接处形成“漏电点，这就会造成阴极爱惜电流的增大；阴极爱惜电源的过负荷和阴极爱惜引起的干扰。 另外，阳极地床断路、阴极开路、零位接阴断路都会导致阴极爱惜不能投保。例如：格尔木站、甘森
19、站，93年由于阳极电缆断路，造成阴极爱惜体系不能正常工作，推断阳极地床连接电缆断路时，可接受： (1)测输出电流，将恒电位仪开启，在恒电位仪阳极输出端串上一电流表，假如电流为零，则说明有断路现象。 (2)将恒电位仪机后阳极输出线断开，接入临时地床或其它接地装置，若有输出电压、电流，则可断定阳极地床连接线断路。在阳极电缆与地床阳极接线处应设置接线用水泥井或标记。 2、造成管道漏电的缘由 (1)施工不当，交叉管道间距不合规范，即当两条管道，一条为阴极爱惜的管道，另一条为未爱惜的管道交叉时，施工要求应保持管道间的垂直净距不小于0.3m，并在交叉点前后确定长度内将管道作特别绝缘，假如施工时不严格依据上
20、述规定去做，那么在管道埋设一段时间后，在土壤应力的作用下，管道互相可能搭接在一起，会造成绝缘层破损，金属与金属的相连，形成漏电点。 (2)绝缘法兰失效或漏电，绝缘法兰质量欠佳，在运用一段时间后绝缘零件受损或变质，使法兰不再绝缘，从而使得两法兰盘侧不再具有绝缘性能，阴极爱惜电流也就不再有限制；或者是输送介质中有一些电解质杂质使绝缘法兰导通，不再具有绝缘性能。从上述缘由看，漏电点只可能发生在爱惜管道与非爱惜管道的交叉点，或爱惜管道的绝缘法兰处，因此查找漏电点就带有上述局限性。但假如地下管网困难，被爱惜管道与多条和线有交叉穿越，则使得漏电点的查找出现困难现象。常常要根据现场实际状况，反复测量、多方位
21、检查并综合推断才能找到真正的漏电故障点。 3、漏电点的查找 (1)利用查找管道绝缘层破损点，从而确定管道的漏电点或短接点的方法。此方法首先将脉冲信号送到被测管道上，假如管道防腐绝缘层良好，流入管道的电流很弱，仪表没有显示。 5 假如管道防腐层有破损，电流将从土壤中通过破损处漏入管道，电流的流淌会在四周土壤中将产生明显的电位梯度。当探测人员手持两个参比电极在管道正上方探测行走时，伏特计将明显的抖动，当伏特计指针停止抖动时，两个参比电极的中间既为防腐层漏点位置，该方法简廉价行，定位精确，是目前国际上公认的检漏方法(DCVG)。 (2)可利用测定管内电流大小的方法找寻漏电点。因为无分支的阴极爱惜管道
22、，管内电流是从远端流向通电点。当非爱惜管道接入后就会形成分支电路，使爱惜电流经过漏电点会变小。因此，可利此法来找寻漏电点的位置。利用此法测定时，在有怀疑的管段上可依次选点，用IR压降法或者补偿法(详见有关说明)测定管内电流。再通过比较各点电流的大小来确定漏电点的电位。 (3)绝缘法兰漏电的测定。当绝缘法兰漏电而导致阴极爱惜系统故障时，则可通过在绝缘法兰两侧管段上，分别测量管地电位，若爱惜侧为爱惜电位，非爱惜侧为自然电位，则绝缘法兰正常。否则，有问题存在。也可在非爱惜侧测法兰端部的对地电位，如此电位比非爱惜管道或其它金属构筑物的电位要负，则此绝缘法兰漏电。 测定流过绝缘法兰的电流，也可用来判定绝
23、缘法兰的性能。若绝缘法兰非爱惜端一侧，能测出电流，则法兰漏电；若测不出电流，绝缘法兰不漏电。 (4)近间距电位测量法CIPS. 在测试桩上测量爱惜电位只能反映管道的整体爱惜水平，不能说明管道各点都得到了爱惜。接受近间距测量方式，是沿管道每隔12米测量一次管地电位，可以精确的检测出没有得到爱惜的管段。 4、阳极接地故障 阴极爱惜另一常见故障是由阳极接地引起的。阳极接地电阻与阳极地床的设计与施工质量亲热相关。“冻土会使阳极地床电阻增加几倍至十几倍，“气阻也会使阳极地床电阻增加。当阳极运用一段时间后，也会由于腐蚀严峻，外表溶解不均匀造成电流障碍。因此，在阴极爱惜的仪器上会出现电位上升，而爱惜电流下降
24、的现象。此时，应通过测量，更换或检修阳极地床，来使阴极爱惜正常运行。另一薄弱环节，是阳极电缆线与阳极接头处的密封与绝缘，若施工不妥则会造成接头处的腐蚀与断路。使阴极爱惜电流断路而无法输入给管道。 帮助阳极的选择及计算 内容： 帮助阳极又称阳极接地装置，阳极地床。它是强制电流阴极爱惜中不行缺少的重要组成部分，通过帮助阳极把爱惜电流送入土壤，经土壤流入被爱惜的管道，使管道外表进行阴极极化(防止电化学腐蚀)电流再由管道流入电源负极形成一个回路，这一回路形成了一个电解池，管道为负极处于还原环境中，防止腐蚀；而帮助阳极进行氧化反应，遭受腐蚀，也可能是四周电解质被氧化。 阴保站的电能60消耗在阳极接地电阻
25、上，故阳极材料的选择和埋设方式、场所的选择，对减小电阻节省电能是至关重要的。阳极材料必需有良好的导电性能，在与土壤或地下水接触时有稳定的接地电阻，即使在高电流密度下，其外表的极化较小；化学稳定性好，在恶劣环境中腐蚀率小；有确定的机械强度并便于加工和安装；价格低来源便利。 1、帮助阳极埋设位置的选择 帮助阳极与管道距离愈远电流分布愈均匀，但过远会增加引线上的电压降和投资。从实测数据来看帮助阳极距汇流点200米以内时，对电流分布影响较大，远于300米后影响就不大了。故在长输管道的干线上阳极一般设在距管道300500米之间为宜。管道较短或油气管道较密集的地区，接受50300米之间是合适的。花格线设计
26、是450m，对于土壤电阻率很大的地区是否过远，是值得探讨的问题。因此对处于特殊地形、环境的管道，帮助阳极的距离和 6 埋设方式应根据现场状况慎重选定。 在阴保站址选定的同时，应在预选站址与管道的一侧选择阳极安装的位置，其原则是： (1)地下水位较高或潮湿低洼处； (2)土层厚，无块石，便于施工； (3)土壤电阻率一般应小于50欧姆米，特殊地区也应小于100欧姆米 (4)对邻近的地下金属构筑物干扰小，阳极地床与被爱惜管道之间不得有其它金属管道。 (5)考虑阳极旁边地域近期进展规划及管道进展规划以避开建后可能出现的搬迁。 (6)阳极地床位置与管道汇流点距离适当 (7)地面金属构筑物较多，用地狭窄时
27、，可接受深井阳极，以减小对其它金属构物的干扰又节省用地。 阳极接地电阻约占直流回路电阻60左右，大部分能量损失是由它造成的，因此合理选择阳极地床位置，降低接地电阻是特别重要的工作。 2、帮助阳极的结构 2.1 浅埋式地床结构 将电极埋入距地表15米的土层中，这是管道阴极爱惜一般选用的阳极埋设形式。浅埋式阳极又可分为立式，水平式两种，对于钢铁阳极可能两种联合称为联合式阳极。 (1)立式阳极 由一根或多根垂直埋入地中的阳极排列构成，电极间用电缆联接。其优点有： a.全年接地电阻转变不大； b.当阳极尺寸相同时，立式地床的接地电阻较水平式小。 (2)水平式阳极 将阳极以水平方向埋入确定深度的地层中，
28、其优点有： a.安装土石方量较小，易于施工； b.简洁检查地床各部分的工作状况。 (3)联合式阳极 指接受钢铁材料制成地床，它由上端联接着水平干线的一排立式阳极所组成。 2.2 深埋式阳极(深井式) 当阳极地床四周存在干扰、屏蔽、地床位置受到限制，或者在地下管网密集区进行区域性阴极爱惜时，运用深埋式阳极，可获得浅埋式阳极所不能得到的爱惜效果。深埋式地床根据埋设深度不同可分为浅深井(2040米)、中深井(50100米)和深井(100米)三种。 深埋式阳极地床的特点是接地电阻小，对四周干扰小，消耗功率低，电流分布比较志向。它的缺点是施工困难技术要求高，单井造价贵。尤其是深度超过100米的深阳极，施
29、工需要大钻机，这就限制了它的应用。 3、阳极地床填料的应用 石墨阳极无论接受浅埋或深埋都必需添加回填料。高硅铁阳极一般需要添加回填料，但在特殊地质可能不运用回填料，如沼泽、流砂层地区等。 (1)阳极地床填料的功能 1)增大阳极与土壤的接触，从而降低地床接地电阻； 2)将阳极电极反应转移到填料与土壤之间进行，延长阳极的运用寿命； 3)填料可以消退气体堵塞。 (2)对填料的要求 1)填料颗粒必需是导电体，以保证阳极与土壤之间良好的导电性。 2)填料应本钱低，来源广，具有较连续的接触外表。 常用的回填料是焦炭粒，也可接受石墨加上石灰充填，以保持阳极四周呈碱性。通常用的焦 7 炭粒性能规格见下表。 阳
30、极地床回填用焦炭粒性能规格 表1 种类 粒径(mm) 比重kg/m3 电阻率 灰分 消耗率kg/A.a 煤焦油焦炭粒 615 641301 1050 10 0.9 锻烧石油焦炭粒 615 721121 1050 10 0.9 确保阳极与回填料良好的电接触，填料必需在阳极四周夯实。否则会使一部分电流从阳极干脆流向土壤而缩短阳极运用寿命。 在粘土地区，若阳极地床通过电流太大，可接受电极带孔的硬塑料管，由填料层干脆通地面，刚好地将阳极四周产生的气体排出地面。对于较枯燥地区可向地床注水降低接地电阻。 (3)回填料的重量 可用下述简洁方法估计填料的容积：阳极地床孔径为阳极直径的三倍。且在电极上下各填30
31、0毫米填料。对粒径为15mm，比重为0.6吨/米3的焦炭粒来说，每支1001500阳极的参考用量为200公斤。 4、阳极数量与接地电阻 阳极数量与接地电阻成反比关系。在确定范围内增加阳极支数会起到降低接地电阻的作用。但是由于阳极间的屏蔽效应，往往增加较多支的阳极，而降低电阻却很少。所以对于阳极数量的选择是一个经济效益问题。在确定阳极数量时需要考虑主要因素为： 1、要使阳极输出的电流在阳极材料允许的电流额度内，以保证阳极地床的运用寿命。 2、在经济合理的前提下，阳极接地电阻应尽量做到最小，以降低电能耗量。即对接地电阻规定一个合适的数值。目前接地电阻一般不大于1欧左右，在特殊地区可根据现场状况选定
32、。 牺牲阳极阴极爱惜阳极材料 内容： 1、镁牺牲阳极 根据形态以及电极电位的不同，镁阳极可用于电阻率在20欧姆.米到100欧姆.米的土壤或淡水环境。高电位镁阳极的电位为1.75VCSE，低电位镁阳极的电位为1.55VCSE。 镁阳极阳极规格 型号 重量Kg 牺牲阳极尺寸mm A B C 填包长度D 填包袋直径E 9D2 4.08 60.9 76.2 549.3 432 152 14D2 6.35 69.9 76.2 850.9 20D2 9.07 69.9 76.2 1213 9D3 4.08 88.9 95.3 352.4 432 152 17D3 7.71 88.9 95.3 641.4
33、483 165 32D5 14.51 139.7 146.1 504.8 762 203 48D5 21.77 139.7 146.1 765.2 450 254 镁阳极化学成分 元素 高电位阳极 AZ63B AZ63C AZ63D AZ31 AL 0.01 5.30-6.70 5.30-6.70 5.0-7.0 2.5-3.3 Zn 2.50-3.50 2.50-3.50 2.0-4.0 0.6-1.4 Mn 0.5-1.3 0.15-0.70 0.15-0.70 0.15-0.70 0.20 Si 0.05 0.10 0.30 0.30 0.10 Cu 0.02 0.02 0.05 0.1
34、0 0.015 8 Ni 0.001 0.002 0.003 0.003 0.001 Fe 0.03 0.005 0.005 0.005 0.002 Other 0.05 Impurity 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 镁阳极电化学性能 阳极种类 开路电位-V 理论电容量Ah/Kg 电流效率% 高电位镁阳极 1.70-1.75 2200 50 AZ63镁阳极 1.50-1.55 2210 50 AZ31镁阳极 1.57-1.67 2210 50 镁阳极消耗量计算 W=8760It/ZUQ I=阳极电流输出(Amps) t=设计寿命(years) U=电流效率(0.5) Z=
35、理论电容量(2200Ah/kg) Q=阳极运用率85% W=阳极重量(Kg) 2、锌牺牲阳极 锌牺牲阳极多用于土壤电阻率小于15欧姆.米的土壤环境或海水环境。电极电位为1.1VCSE。温度高于40时，锌阳极的驱动电位下降，并发生晶间腐蚀。高于60时，它与钢铁的极性发生逆转，变成阴极受到爱惜，而钢铁变成阳极受到腐蚀。所以，锌阳极仅能用于温度低于40的环境。 化学成分 AL Cd Fe Cu Pb Si Zn 0.3-0.6 0.05-0.12 0.005 0.005 0.006 0.125 Balance 电化学性能 项目 开路电位V 理论电容量 电流效率 性能 -1.05-1.09 820A.
36、h/Kg 90% 锌阳极消耗量计算 W=8760It/ZUQ I=阳极电流输出(Amps) t=设计寿命(years) U=电流效率(0.90) Z=理论电容量(827Ah/kg) Q=阳极运用率85% W=阳极重量(Kg) 3、铝牺牲阳极 大多用于海水环境金属结构或原油储罐内底板的阴极爱惜。其电极电位为1.05VCSE。电容量随温度递减，可参考公式： Z=2000-27(T-20)，(T阳极工作温度)。 铝阳极用量计算： W=8760It/ZUQ I=阳极电流输出(Amps) t=设计寿命(years) U=电流效率(0.95) 9 Z=理论电容量(2000Ah/kg) Q=阳极利用率(85
37、% W=阳极重量(Kg) 4、带状阳极 为了减小阳极接地电阻，有时会接受带状镁阳极或锌阳极。阳极带沿被爱惜结构铺设，使电流分布更加均匀。当阳极带沿管道铺设时，每隔一段距离就应当与管道连接一次。间距不应太大，因为随着阳极的消耗，截面积不断减小，阳极带电阻会逐步增大。为了削减沿阳极带的电压降，连接间隔一般不大于305米。假如将带状阳极干脆埋到土壤或回填砂中，阳极可能会发生自身腐蚀，运用寿命缩短。带状阳极的一般规格为19x9.5mmx305m每卷。 5、回填料 当运用填料时，阳极的电流输出效率提高。假如将阳极干脆埋入土壤，由于土壤的成分不均匀，会造成阳极自身腐蚀，从而降低阳极效率。接受填料，一是保持
38、水分，降低阳极的接地电阻，二是使阳极外表均匀腐蚀，提高阳极利用效率。 外加电流阴极爱惜用阳极材料 内容： 外加电流阴极爱惜是防止地下金属结构如管道、储罐、等腐蚀的有效方法。帮助阳极是外加电流系统中的重要组成部分，其作用是将爱惜电流经过介质传递到被爱惜结构物外表上。 1、对阳极的性能要求 地下结构物外加电流阴极爱惜用阳极通常并不干脆埋在土壤中，而是在阳极四周填充碳质回填料而构成阳极地床。碳质回填料通常包括冶金焦碳、石油焦碳和石墨颗粒等。回填料的作用是降低阳极地床的接地电阻，延长阳极的运用寿命。 针对阳极的工作环境，结合实际工程的要求，志向的埋地用帮助阳极应当具有如下性能： (1)良好的导电性能，
39、工作电流密度大，极化小； (2)在苛刻的环境中，有良好的化学和电化学稳定性，消耗率低，寿命长； (3)机械性能好，不易损坏，便于加工制造，运输和安装； (4)综合爱惜费用低。 2、各类阳极的性能特点 2.1 废钢铁阳极 废钢铁是早期外加电流阴极爱惜常用阳极材料，其来源广泛，价格低廉。由于是溶解性阳极，外表很少析出气体，因此地床中不存在气阻问题。其缺点是消耗速率大，在土壤中为8.4kg/A.a，运用寿命较短，多用于临时性爱惜或高电阻率土壤中。 2.2 石墨阳极 石墨是由碳素在高温加热后形成的晶体材料，通常用石蜡、亚麻油或树脂进行浸渍处理，以削减电解质的渗入，增加机械强度。经浸渍处理后，石墨阳极的
40、消耗率将明显减小。石墨阳极在地床中的允许电流密度为510A/m2。 石墨阳极价格较低，并易于加工，但软而脆，不适于易产生冲刷和冲击作用的环境，在运输和安装时易损坏，随着新的阳极材料出现，其在地床中的应用慢慢削减。 2.3 高硅铸铁阳极 高硅铸铁几乎可适用于各种环境介质如海水、淡水、咸水、土壤中。当阳极电流通过时，在其外表会发生氧化，形成一层薄的SiO2多孔爱惜膜，极耐酸，可阻挡基体材料的腐蚀，降低阳极的溶解速率。但该膜不耐碱和卤素离子的作用。当土壤或水中氯离子含量大于20010-4%时，须接受加4.0%4.5%Cr的含铬高硅铸铁。高硅铸铁阳极在枯燥和含有较高硫酸盐的环境中性能不佳，因为外表的爱
41、惜膜不易形成或易受到损坏。 10 高硅铸铁阳极具有良好的导电性能，高硅铸铁阳极的允许电流密度为580A/m2，消耗率小于0.5kg/A.a。除用于焦碳地床中以外，高硅铸铁阳极有时也可干脆埋在低电阻率土壤中。 高硅铸铁硬度很高，耐磨蚀和冲刷作用，但不易机械加工，只能铸造成型，另外脆性大，搬运和安装时易损坏。为提高阳极利用率，削减“尖端效应，可接受中间连接的圆筒形阳极。 2.5 铂阳极 铂阳极是在钛、铌、钽等阀金属基体上被覆一薄层铂而构成的复合阳极。铂层复合的方法很多，如水溶液电镀、熔盐镀、离子镀、点焊包覆、爆炸焊接包覆、冶金拉拔或轧制、热分解沉积等。铂阳极的特点是工作电流密度大，消耗速率小、重量
42、轻，已在海水、淡水阴极爱惜中得到广泛运用。 钛和铌是应用最多的阳极基体，钽用得较少，这是因为其价格高，而铌和钛通常又能满意运用性能要求。在含有氯离子介质中，钛的击穿电位为1214V，而铌的击穿电位为4050V。因此在地下水中含有较高氯离子的深井地床中接受铂铌阳极更为牢靠。 由于铂阳极价格较昂贵，不行能大面积接受；在地床中消耗速率大；而且地床接地电阻随时间延长慢慢增大，所以铂阳极在地床中远不如高硅铸铁和石墨阳极用得广泛，并且有人不举荐在地床中运用铂阳极。 2.6 聚合物阳极 聚合物阳极是在铜芯上包覆导电聚合物而构成的连续性阳极，也称柔性阳极或缆形阳极。铜芯起导电的作用，而导电聚合物则参与电化学反
43、应。由于铜芯具有优良的电导性，因此可以在数千米长的阳极上设一汇流点，聚合物阳极在土壤中运用时，需在其四周填充焦碳粉末而构成阳极地床，其在地床中最大允许工作电流为82mA/m，尽管与其它阳极相比，其工作电流密度很低，但由于牢靠近被爱惜结构物铺设连续地床，因此可供应均匀、有效的爱惜。 聚合物阳极安装简便，特别适于裸管或涂层严峻破坏的管道、受屏蔽的困难管网区的爱惜以及高电阻率的土壤中。但应留意不能过度弯曲。 2.7 混合金属氧化物阳极 混合金属氧化物阳极是在钛基体上被覆一层具有电催化活性的混合金属氧化物而构成，最早应用于氯碱工业，后推广应用于其它工业，包括阴极爱惜领域。由于接受钛为基体，因此易于加工
44、成各种所需的形态，并且重量轻，这为搬运和安装带来了便利。由于电极外表为高催化活性的氧化物层所覆盖，在外表的一些缺陷处露出的钛基体的电位通常不会超过2伏，因此钛基体不会产生外表钝化膜击穿破坏在土壤中运用时，外加电压一般限制在60伏以下。混合金属氧化物阳极还具有极优异的物理、化学和电化学性能。其涂层的电阻率为10-7.m，极耐酸性环境的作用，极化小并且消耗率极低。通过调整氧化物层的成份，可以使其适于不同的环境，如海水、淡水、土壤中。 混合金属氧化物阳极在地床中于100A/m2，工作电流密度下运用寿命可达20年，其消耗速率约2mg/A.a，由于混合金属氧化物阳极具有其它阳极所不具备的优点，它已成为目
45、前最为志向和最有前途的帮助阳极材料。 牺牲阳极接地电阻以及发电量计算 内容： 一、阳极接地电阻 Ra=ln(L/r)/2L Ra=阳极接地电阻(ohms) =土壤电阻率(ohm-m) L=阳极长度(m) r=阳极半径m 11 需要指出的是，由于填料电阻率很低，阳极的长度和半径是根据填料袋尺寸来确定。 二、阳极驱动电位 假设被爱惜结构的极化电位为-1.0V，则驱动电压 V=V+1.0。 V=阳极电位：高电位镁阳极-1.75V，低电位镁阳极-1.55V，锌阳极电位-1.10V。 三、阳极发电量计算 阳极实际发电量I=V/Ra 四、应用举例： 某埋地管道，长度为13公里，直径159毫米，环氧粉末防腐层，处于土壤电阻率30欧姆.米环境中，牺牲阳极设计寿命15年。计算阳极的用量。 由于土壤电阻率较高，设计接受高电位镁阳极阴极爱惜系统。 1、被爱惜面积：A=DL D=管道直径，159mm L=管道长度，13x103m A=3.140.15913000=6490m2 2、所需阴极爱惜电流：I=ACd1-E I=阴极爱惜电流 Cd=